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1955年秋天,中華民國空軍的飛行員潘克永少校隨機飛越八里鄉觀音山上空時,突然發現飛機的羅盤出現了磁力異常的反應,他以為是發現了鐵礦,所以才會影響到羅盤的運作。1957年,潘克永找上了在國立臺灣大學任教的地質學家林朝棨,會同中美鑽探公司工程師黃瀛東到八里鄉頂罟村現地勘查,才知道在地面上到處可見的鐵塊與鐵渣,其實是土法煉鐵失敗所遺留的殘渣。因為當地並無漢人或日本人煉鐵的紀錄,他們乃斷定這些殘渣為史前人類的煉鐵失敗之遺址。由於遺址所在地、時臺北縣八里鄉(今新北市八里區)頂罟村有個別名叫「十三行村」,於是以該名稱將此考古遺址命名為「十三行遺址」。至於頂罟村別名的由來則有不同的說法,一說是因為清朝時,這裡曾為重要商港,有多達十三行郊(商家)在此經商,所以將此處稱為「十三行」。可是,也有學者認為「十三行」可能來自原住民語言的音譯,為原住民稱呼該地之名稱。1959年,石璋如教授率領學生們到該址短期試掘,獲得陶器、石器、鐵器和玻璃器等文物以及二座墓葬,並推斷十三行遺址屬於臺灣住民凱達格蘭及噶瑪蘭系統的史前文化。1963年,當時臺北縣文獻會委託劉斌雄教授在該遺址開挖二個深坑,發現遺址有二個文化層重疊,下層為赤褐色網紋硬陶文化層(即十三行文化層),上層則是近代的漢文化層。1980年,交通部觀光局將八里鄉(今八里區)十三行文化遺址列為重要考古遺址。1988年,考古學家臧振華和劉益昌,由於對臺灣平埔族和早期漢文化之間之接觸這個研究議題感到興趣,而決定選擇十三行遺址進行考古挖掘,卻意外引爆了一場文化保存和工程建設的衝突事件。原來,十三行遺址已被前臺灣省政府住宅及都市發展處畫定為「八里污水處理廠」用地,即將動工。經過文化及學術團體兩年多的抗爭,1991年,十三行遺址被中華民國行政院內政部指定為國家二級古蹟,保存範圍長約144公尺、寬約22公尺、總面積為3,161.9平方公尺,但事實上保留的部份只佔整個遺址的九分之一左右,其餘大部分的遺址都在興建污水處理廠時所破壞,但諷刺的是,此一破壞臺灣如此珍貴的遺址的污水處理廠仍因許多的問題,至1999年7月開始正式運轉。1995年,中央各部會決議在污水處理廠旁撥地成立「十三行遺址文物陳列館」。1998年,該館更名為「十三行博物館」,同時也開始博物館的興建工程,2003年,博物館正式完工並開館。